Guide: Comment concevoir une ventilation naturelle avec nos configurateurs
Ce guide décrit comment nos configurateurs peuvent aider à concevoir des ouvrants pour la ventilation naturelle et à vérifier la conception.
Exemple d’utilisation
Cet exemplemontre comment les configurateurs WindowMaster peuvent aider au cours de la phase de conception à fournir une estimation initiale de la conception de la ventilation naturelle. Nous prenons comme base une pièce unique avec 2 zones ventilées pour comparer la surface d’ouverture et le nombre d’ouvrants nécessaires en fonction de différents principes de ventilation et critères de conception.
Les conceptions basées sur une ventilation unilatérale fourniront des performances nettement inférieures à celles d’une ventilation transversale ou d’une ventilation verticale. Il est donc important d’aligner vos attentes sur le principe de ventilation employé.
En été, la ventilation naturelle peut permettre d’obtenir un environnement ambiant très confortable grâce à des taux de renouvellement de l’air et à une circulation de l’air élevés ou à un rafraîchissement nocturne efficace. Cependant, en raison de la température de l’air extérieur en été, le potentiel théorique de refroidissement est limité. Par conséquent, lorsque la conception est basée sur une demande de refroidissement, les attentes devraient être fixées en conséquence. Sinon, cela peut se traduire par une trop grande surface d’ouverture.
Par ailleurs, une conception basée uniquement sur la demande minimale de ventilation peut se traduire par une conception limitée insuffisante au cours de la période estivale.
En général, nous recommandons donc de dimensionner les ouvrants de manière à obtenir un design très polyvalent. L’un des avantages de l’utilisation d’ouvrants est la possibilité d’augmenter, à moindres coûts, la capacité de ventilation au-delà des besoins quotidiens standards. Cela peut s’avérer utile dans les cas où une ventilation supplémentaire est requise.
Solutions de conception
Pour cet exemple, deux différents concepts sont envisagés.
Solution 1 (simple)
Tous les ouvrants auront la même taille. Ils seront conçus de manière à assurer à la fois la ventilation et le refroidissement.
Solution 2 (avancée)
Les ouvrants auront deux différentes tailles. Des ouvrants en hauteur de plus petite taille et des ouvrants moins hauts de plus grande taille. L’utilisation de différents types d’ouvrants peut permettre aux utilisateurs d’avoir un meilleur contrôle. La réduction de la taille des ouvrants automatisés en hauteur réduit le risque de courant d’air et des ouvrants en hauteur de plus petite taille constituent également un choix idéal pour les solutions de rafraîchissement nocturne.
Vous avez besoin de conseils supplémentaires au cours de la phase de conception initiale ?
Nous pouvons vous aider à déterminer les surfaces d’ouverture, à calculer le taux de renouvellement de l’air, etc.
Contactez un spécialisteProcédure recommandée pour la conception
2. Critères de conception
La spécification de critères de conception appropriés pour le dimensionnement de l’ouvrant est fondamentale pour une conception réussie de la ventilation naturelle. Alors que les systèmes de ventilation mécanique sont souvent conçus en fonction des exigences minimales pour la qualité de l’air, il s’agit rarement d’une base saine pour la ventilation naturelle, à moins que la conception n’utilise différentes configurations d’ouvrants.
Il est également essentiel de bien comprendre que le potentiel de refroidissement de la ventilation naturelle est limité en été lorsque les températures extérieures sont élevées et de définir les attentes en conséquence au moment de la spécification de la demande de refroidissement.
Conditions extérieures
Le flux d’air à travers les ouvrants dépend de la température extérieure et des conditions de vent. Les forces passives qui dirigent le flux d’air pour la ventilation naturelle seront en général les plus faibles pendant l’été, où le taux de ventilation le plus élevé est également nécessaire pour des raisons liées au confort thermique. Le scénario d’été est donc souvent employé comme critère de conception pour la capacité maximale des ouvrants. Les conditions extérieures suivantes constituent un bon point de départ pour le dimensionnement des ouvrants en vue d’une ventilation naturelle au cours de la journée.
- Valeur de consigne de la température ambiante : 23 °C
- Différence de température entre l’intérieur et l’extérieur : 3 K
- Vitesse du vent : 2 m/s
- Coefficient de décharge : 0,61 (CIBSE AM10)
Il peut également s’avérer utile d’examiner le flux d’air dans des conditions plus froides, par ex. lorsque la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur est comprise entre 10 et 15 K. Cela est dû au rafraîchissement nocturne et à la solution intermittente fréquemment employée pendant la saison froide, où les ouvrants ne sont ouverts qu’un petit pourcentage du temps, mais devraient toujours être en mesure de fournir le flux d’air moyen requis pour l’air frais.
Demande de ventilation et de refroidissement
Les critères de conception pour la surface d’ouverture dépendent du nombre de différentes configurations d’ouvrants employés pendant la conception. Si une zone ne possède qu’un seul type d’ouvrant, il est recommandé de déterminer la surface d’ouverture maximale de ces ouvrants sur la base du confort thermique pendant l’été. À cet effet, il est important de fixer des attentes raisonnables en ce qui concerne le potentiel de refroidissement de l’air en été. Par conséquent, un bon point de départ pour une conception est une valeur de 20 W/m². L’outil de dimensionnement ne tient pas compte de l’effet du rafraîchissement nocturne ou d’autres fonctions de refroidissement, et la demande de refroidissement devrait donc être ajustée en conséquence. Une valeur de 20 W/m² ne correspond donc qu’à l’effet de refroidissement provenant directement de l’air entrant.
- Solution 1 : les ouvrants sont conçus pour atteindre un potentiel de refroidissement de 20 W/m².
- Solution 2 : les ouvrants en hauteur de plus petite taille sont conçus pour atteindre une valeur de 1 L/s/m² pour la qualité de l’air intérieur (QAI). Les ouvrants moins hauts de plus grande taille sont conçus pour atteindre un potentiel de refroidissement de 20 W/m² en combinaison avec les petites fenêtres.
Pour que ces solutions soient faisables, il est également recommandé de prévoir une protection solaire extérieure efficace.
3. Détermination de la surface d’ouverture totale
L’outil de dimensionnement être utilisé pour déterminer la surface d’ouverture totale pour la ventilation et / ou le refroidissement dans une zone ou une pièce. Cela dépend du taux de ventilation, de la conception et du principe. Pour le fonctionnement correct d’un système de ventilation naturelle, il est important de choisir des critères appropriés lors du dimensionnement de la surface d’ouverture maximale de votre conception. Si la capacité maximale de la conception repose uniquement sur les besoins de ventilation pour l’air frais, vous pouvez vous retrouver avec une surface d’ouverture insuffisante pour le confort thermique, par exemple.
Surface d’ouverture géométrique et effective
L’outil de dimensionnement présente à la fois la surface d’ouverture géométrique et la surface d’ouverture effective. La surface d’ouverture effective correspond à la surface d’ouverture géométrique multipliée par le coefficient de décharge. Le coefficient de décharge d’un ouvrant se situe généralement entre 0,6 et 0,7 et représente la perte de pression du flux d’air à travers l’ouverture et les obstructions potentielles telles que les moustiquaires. La surface d’ouverture effective est souvent employée comme critère de conception, car il s’agit de la valeur résultante du flux d’air qui traversera l’ouverture, y compris les obstructions.
Solution 1 (simple)
La figure 4 montre la surface d’ouverture effective en pourcentage de la surface au sol ventilée en fonction de différentes demandes de refroidissement. Sur la base des critères extérieurs mentionnés ci-dessus, il est possible d’obtenir une valeur de 20 W/m² avec une surface d’ouverture effective correspondant à environ 2 % de la surface au sol avec une ventilation transversale. Si seule une ventilation unilatérale est possible, la surface d’ouverture requise est nettement plus élevée (environ 3 fois plus). Si cela n’est pas possible, d’éventuelles modifications peuvent être apportées. La première consiste à augmenter la hauteur des ouvrants (voir l’encadré ci-dessous pour des explications). Une autre solution consiste à placer les ouvertures de la façade à différents niveaux pour créer un effet de cheminée (comme avec la solution 2). Bien que cela ne soit pas aussi efficace que les fenêtres de toit ou les impostes, cela aura tout de même un effet positif.
Comme la surface d’ouverture maximale de cette solution repose sur le refroidissement pendant l’été, on peut supposer que tous les ouvrants seront ouverts simultanément et que nous pouvons miser sur la ventilation transversale. Par conséquent, la surface d’ouverture effective totale pour la solution 1 sera de 2 m², ce qui correspond à 2 % de la surface au sol ventilée.
Solution 2 (avancée)
L’utilisation de différentes configurations d’ouvrants peut s’avérer être une excellente solution. Par exemple, en combinant des ouvrants en hauteur de plus petite taille avec des ouvrants moins hauts de plus grande taille. L’ avantage d’ouvrants de plus petite taille est qu’ils réduisent le risque de courant d’air par temps plus froid. Pour cette solution, les ouvrants peuvent être conçus sur la base d’un besoin de ventilation pour la qualité de l’air intérieur (QAI) et les ouvrants de plus grande taille pour fournir la surface d’ouverture supplémentaire indispensable au confort thermique. Des ouvrants installés à différents niveaux peuvent également créer un petit effet de cheminée lorsque le vent est faible ou que seule une ventilation unilatérale est possible.
La figure 5 montre la surface d'ouverture effective en pourcentage de la surface au sol en fonction de différentes exigences de ventilation. Les petites ouvertures peuvent être dimensionnées sur la base de 1 L/s/m2 pour maintenir une concentration de CO2 inférieure à 1 000 ppm en cas d'occupation complète. En raison du fonctionnement plus imprévisible des fenêtres en mode ventilation, il n'est pas toujours possible de s'assurer que les fenêtres des deux façades sont ouvertes en même temps, et il peut être avantageux de concevoir les petites ouvertures sur la base d'une ventilation d'un seul côté. Dans ce cas, les petites ouvertures doivent donc avoir une surface d'ouverture effective correspondant à environ 1 % de la surface du plancher.
Les grandes ouvertures seront conçues pour obtenir l'effet de refroidissement souhaité (20 W/m2) en combinaison avec les petites ouvertures. Lorsque le refroidissement est nécessaire, il est beaucoup plus prévisible que toutes les fenêtres soient ouvertes car il s'agit généralement d'une belle journée d'été et il est raisonnable de concevoir l'ouverture globale requise en se basant sur la ventilation transversale. Pour obtenir un effet de refroidissement conformément à la figure 4, les petites ouvertures représenteront 0,5 % de la surface au sol et la surface d'ouverture effective de la plus grande ouverture représentera le reste de la surface d'ouverture effective, soit environ 1,5 % de la surface au sol.
Encadré : ventilation unilatérale
Contrairement aux conceptions basées sur la ventilation transversale et la ventilation verticale, les ouvrants pour la ventilation unilatérale fonctionneront à la fois comme entrées et sorties. En d’autres termes, l’air frais extérieur entrera par la moitié inférieure des ouvrants, tandis que l’air ambiant vicié sortira par la moitié supérieure. Par conséquent, la hauteur des ouvrants joue un rôle important par rapport à l’efficacité de la conception. La figure 6 montre l’impact de la hauteur des ouvrants sur la surface d’ouverture requise dans le cas d’une ventilation unilatérale.
En savoir plus
4. Nombre d’ouvrants
Le ActuatorFinder peut être utilisé pour déterminer avec précision la surface d’ouverture géométrique d’un ouvrant sur la base des dimensions de la partie ouvrante et du cadre. L’un des pièges les plus courants lors du calcul de la surface d’ouverture d’un ouvrant consiste à ne pas prendre correctement en compte les obstructions du cadre, etc. Dans l’ActuatorFinder, vous pouvez spécifier des informations détaillées sur les profils des ouvrants et calculer très précisément la surface d’ouverture de chaque configuration d’ouvrant.
Le tableau 2 indique le nombre d’ouvrants nécessaires pour les solutions 1 et 2 afin d’obtenir la surface d’ouverture déterminée par l’outil de dimensionnement dans la section précédente.
5. Vérification de votre conception
Le configurateur du taux de renouvellement de l’air vous permet d’examiner les performances de votre projet (par rapport au flux d’air) en fonction des conditions extérieures, des principes de ventilation ou des solutions de ventilation.
Pour utiliser cet outil, vous devez ajouter un ou plusieurs groupes d’ouvrants à une zone. Chaque groupe sera composé de tous les ouvrants situées sur la même façade et à la même hauteur. La surface d’ouverture correspond par conséquent à la surface d’ouverture totale de ces ouvrants.
La figure 7 montre un graphique généré par le configurateur du taux de renouvellement de l’air pour une ventilation verticale et une ventilation transversale combinées. Très rapidement, vous pouvez analyser comment le taux de ventilation sera affecté lorsque la vitesse du vent et la différence de température augmentent.
Solution 1
Pour la solution 1 du cas d’utilisation ci-dessus, nous pouvons examiner comment la conception finale se comportera sur la base des différentes conditions météorologiques et des principes de ventilation. La figure 8 montre les performances de ventilation de la solution 1 basée sur la ventilation transversale dans la pièce qui repose uniquement sur la pression du vent.
Dans la pratique, lorsque la vitesse du vent est très faible, le flux de ventilation peut effectivement fonctionner comme une ventilation unilatérale, en particulier lorsque la température extérieure est basse. La figure 9 montre le taux de renouvellement de l’air dans la pièce avec une ventilation unilatérale. Si l’on compare les performances de la ventilation transversale à celles de la figure 9, le taux de renouvellement de l’air est plus élevé avec la ventilation unilatérale lorsque la différence de température est approximativement supérieure à 10 °C et que la vitesse du vent est inférieure à 2 m/s.
L’examen des performances d’une ventilation unilatérale peut également être utile pour déterminer si des murs pourraient théoriquement être mis en place pour diviser les zones à l’avenir.
Contact
Nous contacter